引言：汽轮机高压缸盖的应用特点较为明显，其能够保证气缸的封闭性，进而得到既定的压力值。高压缸盖与燃烧位置紧密相连，而在其内部会有针对性的结构对温度、热量、存水量进行调整。高压缸盖的工作环境一直处于燃气和热应力的双重压力下，因此会容易出现局部的裂纹。本文对发电厂汽轮机高压缸盖裂纹产生的内在原因以及使用和修理中的原因进行了分析，探讨了高压缸盖裂纹的检测方法，并提出了具体的修复技术，为推动发电厂的进一步发展打下坚实的基础。
1 发电厂汽轮机高压缸盖裂纹产生的内在原因分析
1.1 焊缝外观成形质量的影响
因原有角焊缝的焊趾处都有不同程度的咬边缺陷，致使在原焊趾处存在应力集中，当有拉应力的作用下就易产生裂纹，裂纹处分布在原有角焊缝与母材过渡的焊趾部位。
1.2 温度应力的影响
在机组的启动和停止过程中会引起较大的温度变化。由于缸盖厚度较大，当机组启动时，内壁温度很快就上升到工作温度，与外壁形成一个明显的温度梯度，内壁金属膨胀受阻，受到压应力的作用，在高温下材料的强度有所降低，这种压应力可导致内壁金属产生压缩塑性变形。当机组缸盖停运冷却恢复到原有状态时，这种压缩变形部分就被保留下来产生一个残余的拉应力。尽管这种塑性变形是很微小的，但在长期交变应力作用下，会对在高温高压条件下工作的金属部件造成损伤的累积，最终导致破坏。特别是当焊缝存在缺陷时容易在缺陷应力集中点处提早形成裂纹。
1.3 结构应力的影响
由于缸盖位于汽轮机组的中段，体积和厚度都较大，结构应力相对较大，在焊接缸盖角焊缝时，焊缝冷却过程中的收缩受到一定的拘束，焊后焊缝将产生较大的拘束应力。在机组工作载荷的作用下，容易在应力集中点产生裂纹，造成裂纹延伸扩展。
2 发电厂汽轮机高压缸盖裂纹在使用和修理中产生的原因分析
主要包含五方面内容：第一，由于长时间的使用和工作条件不良，会使水套内沉积水垢和油污，使气缸盖的导热性能变坏。一冷却水不清洁或常用硬水，使气缸盖水套壁面形成硬壳，当水泵轴后端的水封损坏时，黄油便渗入水套;三是润滑气门摇臂的机油由气缸垫处渗入水套，时间长了，易使水套内积附很厚一层污垢。实际检查发现，涡流室周围和进、排气通道周围，因为该两处水道狭窄，水流不畅，也易积聚污垢。水套内污垢的产生，影响了传热，会使气缸盖下平面温差增大，因而会引起局部更大的热应力集中，加速裂纹、变形的产生；第二，使用中冷却水不足，风扇皮带过松，风扇叶片装反，未安装阻风圈，或水箱散热芯被污物堵塞时，会导致冷却水温偏高，冷却效果变差，从而引起发动机过热，使气缸盖和气缸体接触平面产生局部高温，引起裂纹或变形；第三，喷油量或喷油压力过大过小，喷油时间过早过晚，或发动机长时间超负荷运转等原因，也会使气缸盖工作平面的温差增大而导致裂纹或变形；第四，不按规定顺序拧紧或拧松气缸盖螺母，或在拧紧气缸盖螺母时的扭力矩不一致，使气缸盖产生局部内应力，引起变形；第五，在高温下拆卸气缸盖，或缺水“开锅”时骤加冷水等原因，使各部冷却速度不一，引起裂纹或变形。
3 发电厂汽轮机高压缸盖裂纹的检测方法
3.1 使用着色渗透剂检查
把缸盖浸入煤油或煤油的着色溶液(质量分数为65%煤油、30%变压器油、5%松节油加少量红丹油)中，2h后取出，擦干表面油迹，涂以薄层浆状白粉，然后烘干，如有裂纹会显示黑色(或有色)线条。
3.2 水压检验
将高压缸盖缸盖和衬垫装在气缸体上，用一盖板装在高压缸盖体的前壁上，并用水管与水压机相通，将其它水道口密封，然后将水压入气缸体和气缸盖内。其要求是:在200～400kPa的水压下，保持不少于5s的时间，应不出现任何渗漏现象，如果有水渗出即该处有裂纹。
3.3 油压试验
将汽油或煤油注入气缸体和气缸盖的水套内，经过半小时，检查有无渗漏现象。
4 发电厂汽轮机高压缸盖裂纹修复技术
4.1 焊接工艺措施
首先，先用合金钻头在距裂纹末端钻止裂孔，以防裂纹继续延伸和扩展。然后，选择角向砂轮机来清除裂纹缺陷，并修成U型坡口形状。然后经渗透无损检测检验无缺陷后，再将坡口两侧的油、锈等清理干净。在保证缺陷彻底清除的前提下，坡口的宽度尽量要小，以减小焊接收缩应力。其次，施焊前焊条按规定要求进行烘干，并放在100℃的保温筒内随用随取。最后，在焊缝的周围内均匀、缓慢的预热到80℃～100℃，以降低焊接过程中焊缝和热影响区的冷却速度，预热升温速度不超过100℃/h。
4.2 焊接要点
首先，焊接时选择直流焊接电源，反接。采用小规范焊接焊条不作横向摆动，短弧操作，在熔合良好的情况下提高焊接速度等，以减少热输入量。然后，采取多层多道焊。每一道又分两段或三段(短焊缝两段，长焊缝三段) 进行退焊，中间接头处应错开，使整条焊缝尽量受热均匀，以使应力分布较均匀。每两焊道之间的迭压面不小于焊道宽度的 1/3，且必须使两侧与母材的过渡区圆滑过渡，熔合良好。其次，每完成一段后立即用带圆头的小锤进行锤击，先锤击焊道中部，再锤击焊道两侧，达到布满麻点为止，以消除部分应力和改拉应力为压应力。锤击后用放大镜检查表面，确认无缺陷后继续施焊。最后，焊接过程中应控制层间温度等于或略高于预热温度整个焊补过程必须持续进行，中途如因故被迫中断，应重新加热到预热温度后才能继续。焊补结束后立即用已烘千的石棉覆盖在焊缝表面，使其缓冷，缓慢冷却速度不超过100℃/h。
5 结束语
综上所述，发电厂汽轮机高压缸盖裂纹的产生原因复杂多样，生产应用环境、材料选择、焊接性能、运行条件等都会对其造成一定的影响。而焊前的不预热，焊后不进行热处理，则在很大程度上简化了原有的基础工艺，有效的改善了施焊条件，降低了焊接残余应力，进而使焊补部位的组织成分保持一致，防止了裂纹的规模化产生，增强了高压缸盖的抗裂性能。
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